JP2917296B2 - 視覚機能付作業装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、主ワークに取り付けるべき副ワークを、認
識装置によって認識可能な個数だけ例えば電磁石などの
搬送手段によって所定の位置に搬送し、この搬送した副
ワークを離散的に配置させることで、前記副ワークの搬
送及びその位置，姿勢などの認識、さらにはその副ワー
クの主ワークへの取り付けを全て自動的に行なえるよう
にした視覚機能付作業装置に関する。

（従来の技術及び発明が解決しようとする課題） 最近の自動車生産ラインには、作業の省力化及び生産
効率の向上を図るため、視覚機能を有する作業装置が導
入されつつある。

このような視覚機能付作業装置は、ワークの位置や姿
勢を認識でき、この認識に基づいて所定の作業を行なう
ことができるという特徴がある。すなわち、ワークの搬
送時の位置や姿勢に多少の狂いがあってもその狂いを自
動的に吸収できることから、搬送時に精度良く位置決め
することが困難な形態のワークであってもそのワークの
他のワークへの取り付け作業を容易に行なうことが可能
である。

しかしながら、このような従来の視覚機能付作業装置
にあっては、視覚装置によってワークの位置や姿勢が把
握できるようになってはいるものの、その位置や姿勢の
正確な把握は、それぞれのワークが重なっている状態で
行なうことが困難なことから、従来は、視覚装置に比較
的小さな複数のワークを認識させる場合には、複数のワ
ークを相互に重ならないように予め離散配置し、ワーク
がこのように配置されているパレットを前記視覚装置の
視野内に置く必要があるので、当該ワークのパレットで
の整列作業や、空になったパレットを取り替える作業な
どが必要となる。そして、これらの作業は人間が行なわ
なければならないことから、このように比較的小さな複
数のワークを認識させる場合には、視覚機能付作業装置
を用いることの効果が十分に発揮されないという問題が
ある。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みて成された
ものであり、主ワークに取り付けるべき副ワークを認識
装置によって認識可能な個数だけ所定の位置に搬送して
離散的に配置させることで、前記認識装置の認識を可能
とし、副ワークの主ワークへの取り付けを全て自動的に
行なえるようにした視覚機能付作業装置の提供を目的と
する。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するための本発明は、ワークの位置及
び姿勢を認識し、この認識の情報に基づいて所定の作業
を行なう視覚機能付作業装置において、種々の加工が施
される主ワークを所定の位置に搬送する第１搬送手段
と、前記主ワークに取り付ける副ワークが未整列のまま
収容されている場所から当該副ワークを適当数取り出
し、当該副ワークを台上にばらまいて離散的に配置させ
る第２搬送手段と、当該第２搬送手段によって離散的に
配置された前記副ワークの位置及び姿勢を認識する認識
手段と、当該認識手段によって認識された前記副ワーク
の位置及び姿勢の情報に基づいて前記副ワークをクラン
プし、これを予め定められた姿勢で前記主ワークに取り
付ける作業手段とを有することを特徴とするものであ
る。

（作用） 以上のような構成を有する本発明の視覚機能付作業装
置は次のように作用する。

第１搬送手段は、組み立てなどのメインとなる主ワー
クを所定の位置に搬送して副ワークの取り付け作業の終
了を待つ。一方、第２搬送手段は、多数の副ワークが整
列されないままストアーされているパレットから適当数
の副ワークを取り出し、台上にばらまいて、この副ワー
クを視覚機能によって位置及び姿勢が認識できるように
離散的に配置させる。そして、認識手段によって、この
離散的に配置されたそれぞれの副ワークの位置及び姿勢
が認識され、この認識に基づいて作業手段は前記副ワー
クをクランプし、この副ワークを前記主ワークに取り付
ける。

このように、副ワークは第２搬送手段により、認識手
段によって認識可能な数だけ所定位置に搬送され、この
認識に基づいて作業手段は副ワークを主ワークに対して
取り付ける作業を行なうので、副ワークの搬送、その位
置，姿勢の認識及びそれの主ワークへの取り付けを全て
自動的に行なうことができることになる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

第１図は、本発明に係る視覚機能付作業装置を自動車
用パネルに小物部品を溶接する溶接ラインに適用した場
合の全体図であり、この視覚機能付作業装置は次のよう
に構成されている。

図に示すように、この装置の中心を成すロボット１に
は、平行爪20を持ったハンド２が取り付けられており、
このハンド２には、パレット３内に多数収容されている
副ワークであるワーク４を吸着し、これを台５上に適当
数搬送する電磁石６が設けられている。そして、この平
行爪20は台５上のワーク７をクランプし、これを治具８
に固定されている主ワークとしてのパネル９まで搬送す
るための爪である。

パレット３上には、このパレット３内に収納されてい
るワーク４の位置が検出できるように照明10とカメラ11
とが設けられている。このカメラ11によって捕らえられ
たパレット内の画像は、後述する画像処理用のコンピュ
ータによって画像処理され、ワーク４の存在する座標が
算出されて、ロボット１はその座標に電磁石６を位置さ
せるようになっている。また、台５上にもカメラ12が設
けられ、このカメラ12によって捕らえられた画像は、前
記した画像処理用のコンピュータによって画像処理さ
れ、これによって台５上に存在するそれぞれのワーク７
の位置及び姿勢が算出される。

ワーク７が溶接されるパネル９は、コンベア13によっ
て所定位置まで搬送され、この搬送されたパネルは一旦
治具８に固定されて溶接加工が行なわれた後、次工程に
搬送するコンベア14に載置される。このコンベア13から
治具８への固定及び治具８からコンベア14への搬出はロ
ボット１が自動的に行なうようになっている。そして、
この溶接を行なう溶接機15は、ロボット１の近傍に配置
され、ロボット１のハンド２に設けられているフィンガ
によってこれが把持される。

第2A図及び第2B図は、第１図に示したロボット１が有
するハンド２の正面図及び側面図である。

ハンド２には、前述した平行爪20、電磁石６及びワー
ク４を吸着する際にハンド２とワーク４との位置関係を
検出する近接スイッチ21が設けられ、平行爪20は、図に
示す通り、前記した比較的小さなワークを把持する副ワ
ーク用平行爪20Aと比較的大きなワークを把持する主ワ
ーク用平行爪20Bとから構成され、第１図に示した台５
上のワーク７をパネル９に搬送するときには副ワーク用
平行爪20Aが使用され、コンベア13上のパネルを治具上
に載置するときあるいは治具上のパネルをコンベア14に
搬出するときには主ワーク用平行爪20Bが使用される。
また、電磁石６は、ワーク４を台５まで搬送する間励磁
され、この搬送を行なうときには、ロボット１のハンド
２は第３図に示すように、通常の定位置の状態Ａから状
態Ｂに示すように、電磁石６がワーク４に対向して位置
するように動かされ、近接センサ21によってハンド２と
ワーク４との距離が検出されつつ適当な数のワークが吸
着されるようにハンド２がフローティング動作される。
そして、このようにして適当数のワークが吸着される
と、ロボット１はハンド２を台５上に位置させ、ハンド
２を任意の方向に動かしたまま電磁石６の励磁を解除す
る。これによりワーク４は、第４図に示すように台５上
に散らばって置かれることになり、カメラ12による個々
のワークの位置及び姿勢の認識が正確に行なえるように
なる。尚、第４図に示したように、たまたま複数のワー
クが干渉し合った状態で散らばった場合には、個々のワ
ークの位置及び姿勢の認識が困難となるので、このよう
な場合には、再度電磁石６によって台５上に置かれたワ
ークを吸着し、このワークを分散させる処置が行なわれ
る。

第５図は、本発明に係る視覚機能付作業装置の制御系
の概略構成図である。

第１図に示した照明10及びカメラ11,12は、画像処理
用コンピュータ30に接続され、カメラ11,12によって捕
らえられた画像はこの画像処理コンピュータ30で画像処
理されて画像情報メモリ31に記憶される。また、この画
像情報メモリ31はロボットコントローラ32に接続され、
このメモリ31内の情報はロボットコントローラ32で使用
される。ロボットコントローラ32には、電磁石6,近接ス
イッチ21,コンベア13上におけるパネル９の在席を検知
する検知スイッチ33及びロボット１のハンド２等を駆動
するモータ類などが接続され、これらのスイッチの情報
及び画像情報メモリ31の情報によって電磁石６及びロボ
ット１の各部の動作が制御される。

一方、治具及び溶接関連の動作を制御するコントロー
ラ33には、治具８上における在席を検知する検知スイッ
チ34,溶接機15に設けられている溶接ガンの在席を検知
する検知スイッチ35,コンベア13を駆動するモータ，治
具８にパネル９をクランプする治具アクチュエータ36及
び溶接機15を制御する溶接機器37が接続され、これらの
スイッチの検出状態及びロボットコントローラ32の指令
に基づいてコンベア13等の動作が制御される。

そして、画像処理用コンピュータ30,ロボットコント
ローラ32及び治具及び溶接関連コントローラ33は上位コ
ンピュータ38が接続されたシステムコントロール用コン
ピュータ39にそれぞれ接続され、このシステムコントロ
ール用コンピュータ39によって視覚機能付作業装置の全
ての動作が総括制御される。尚、上位コンピュータ38か
らは生産計画に関する情報が出力され、システムコント
ロール用コンピュータ39はこの情報に基づいて作業装置
の稼動状態を制御し、システムコントロール用コンピュ
ータ39からは生産情況が出力され、上位コンピュータ38
はこの情報に基づいて生産情況を知ることができるよう
になっている。

第6A図及び第6B図は、上述のように構成された視覚機
能付作業装置の概略的な動作を示すフローチャートであ
る。

まず、上記した視覚機能付作業装置のプログラムがス
タートすると、カメラ11は、照明10によって照らされて
いるパレット３上に載置されているワーク４の画像を入
力し、これを画像処理用コンピュータ30が画像処理して
この処理後の情報を画像メモリ31に記憶させる。ロボッ
トコントローラ32は、この画像情報メモリ31に記憶され
ている画像情報に基づいてワーク４の存在位置を認識し
（この認識は、画像情報を二値化することによって行な
われる。すなわち、入力した画像の内明暗が混在してい
るところがワークの存在部であると判断させ、明暗の均
一のところがワークなしの部分であると判断させ
る。）、ハンド２をこの位置まで移動させて電磁石６を
励磁させ、近接スイッチ21から出力されるハンド２とワ
ーク間の距離に関する情報を勘案しつつハンド２を下降
してワーク４を吸着させる。この吸着の際には、適当数
（３〜４個程度）のワークが電磁石６に吸着されるよう
にハンド２をフローティング動作させる。次に、ハンド
２を上昇し、ワークが吸着されている状態をカメラ11に
よって捕らえ、これを画像処理して適当数のワークが電
磁石６に吸着されていることを確認する。そして、ワー
クを吸着した状態でハンド２を台５上に移動させ、ハン
ド２が台５上に達したところで電磁石６の励磁を断ち、
吸着していたワークを台５上にばらまく。尚、このとき
にワーク同志が干渉した状態となってしまったときに
は、再度このワークを電磁石６によって吸着してばらま
く動作を行なう。カメラ12は、この台５上に離散的に配
置されたワークの画像を入力し、画像処理用コンピュー
タ30はこの台５上に位置するワークの内の１つのワーク
の座標及び姿勢を認識し、この認識した情報を画像情報
メモリ31に記憶させる。次にロボットコントローラ32
は、この認識に基づいてハンド２を台５上のワーク７の
位置に移動させ、副ワーク用平行爪20Aの部分でこのワ
ーク７を把持し、これをパネル９の固定されている治具
８の所定の位置にセットする。尚、この間に画像処理用
コンピュータ30は前記台５上に置かれている他のワーク
の座標及び姿勢の認識を行なう。このようにしてワーク
７が所定位置にセットされると、ロボット１は溶接機15
をハンド２で取り出し、コントローラ33はロボットコン
トローラ32からの信号によって溶接機15を作動させ、前
記ワーク７とパネル９との溶接を行なう。この溶接が終
了したら、ロボット１は溶接機15を定位置に戻し、コン
トローラ33は、治具８上に固定したパネル９をアンロー
デングし、ロボット１はこの溶接済みのパネル９をコン
ベア14に載置する。次に、ロボット１はコンベア13上ま
で搬送されたパネル９をクランプし、治具８に搬送す
る。そして、再度，画像処理用コンピュータ30によって
認識され、画像情報メモリ31に記憶されている前記台５
上に置かれているワークの座標及び姿勢の情報に基づい
て、ロボットコントローラ32は、ハンド２を台５上のワ
ーク７の位置に移動させ、副ワーク用平行爪20Aの部分
でこのワーク７を把持し、これをパネル９の固定されて
いる治具８の所定の位置にセットして溶接の作業を行な
う。

以上のような操作を台５上にワークが無くなるまで繰
り返し、ワークが無くなれば、再度パレット３上に載置
されているワーク４を前述したような過程を経て台５上
にばらまき、再度上記したような動作が続けられる。

このように、パネルに取り付けるワークを、これが多
数ストアされている場所から電磁石によってカメラで認
識可能な数だけ取り出すようにしたので、第一にパレッ
トに収納するワークを予め整列させたりパレットを交換
するというような作業が不要であり、第二にたとえモデ
ルチェンジ等によってこの溶接するワークが変更になっ
たとしてもハンドの改造等を行なう必要がなくなる。

また、電磁石によって取り出したワークを適当な数だ
けばらまくようにしたので、それぞれのワークの高さは
均一になり、ハンドでのクランプが容易となる。また、
溶接機をロボットから分離してあるので溶接機などの故
障時に作業者のバックアップが可能である。

尚、本実施例においては、視覚装置とロボット本体と
が分離している形態の視覚機能付作業装置を例示した
が、これに限らず、視覚装置により認識する視認時間が
ロボットの作業時間に含まれることを許容すれば視覚装
置をロボット本体が持っているものであっても良い。ま
た、カメラはパレット用と台用の２台を用いているもの
を例示したが、１台で両方の画像を入力するようにして
も良い。さらに、本実施例においては、本発明の視覚機
能付作業装置を溶接を行なうラインに適用した場合を例
示したが、この他に、組み立て、搬送などのラインに適
用することができることはもちろんである。

（発明の効果） 以上の説明により明らかなように、本発明の視覚機能
付作業装置によれば、主ワークに取り付けるべき副ワー
クを、これが整列されないままストアーされている場所
から、認識手段によって認識可能な個数だけ第２搬送手
段によって、台上に搬送し、この搬送した副ワークをば
らまくことによって離散的に配置させるようにしたの
で、ワークを予め整列させたり、ワークを収納するパレ
ットを交換するというような作業が不要となり、副ワー
クの搬送、その位置，姿勢の認識及びそれの主ワークへ
の取り付けを全て自動的に行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、第１図は、本発明に係る視覚機能付作業装置
を自動車用パネルに小物部品を溶接する溶接ラインに適
用した場合の全体図、 第2A図及び第2B図は、第１図に示したロボット１が有す
るハンドの正面図及び側面図、 第３図は、ハンドに取り付けられている電磁石によりワ
ークを吸着するときの状態図、 第４図は、ワークを台上に離散的に配置させる場合の状
態図、 第５図は、本発明に係る視覚機能付作業装置の制御系の
概略構成図、 第6A図及び第6B図は、本発明に係る視覚機能付作業装置
の概略的な動作を示すフローチャートである。 １……ロボット（第２搬送手段，作業手段）、 4,7……ワーク（副ワーク）、 ９……パネル（主ワーク）、 12……カメラ（認識手段）、 13……ベルトコンベア（第１搬送手段）、 15……溶接機（作業手段）、 30……画像処理用コンピュータ（認識手段）

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ワークの位置及び姿勢を認識し、この認識
   の情報に基づいて所定の作業を行なう視覚機能付作業装
   置において、 種々の加工が施される主ワークを所定の位置に搬送する
   第１搬送手段と、 前記主ワークに取り付ける副ワークが未整列のまま収容
   されている場所から当該副ワークを適当数取り出し、当
   該副ワークを台上にばらまいて離散的に配置させる第２
   搬送手段と、 当該第２搬送手段によって離散的に配置された前記副ワ
   ークの位置及び姿勢を認識する認識手段と、 当該認識手段によって認識された前記副ワークの位置及
   び姿勢の情報に基づいて前記副ワークをクランプし、こ
   れを予め定められた姿勢で前記主ワークに取り付ける作
   業手段とを有することを特徴とする視覚機能付作業装
   置。